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1、10.4.1 10.4.1 設(shè)備文件的概念設(shè)備文件的概念傳統(tǒng)的Unix系統(tǒng)均把設(shè)備當(dāng)成文件來(lái)處理,因而可以用read()/write()對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作。設(shè)備文件一般在/dev目錄下。Linux下的設(shè)備大體分為三類(lèi):(1)塊設(shè)備:一次I/O操作以固定大小的數(shù)據(jù)塊為單位,且可隨機(jī)存取。(2)字符設(shè)備:一次I/O操作存取數(shù)據(jù)量不固定,只能順序存取。(3)網(wǎng)卡:網(wǎng)卡是特殊處理的,它沒(méi)有對(duì)應(yīng)的設(shè)備文件。設(shè)備文件的屬性 文件名：如 hda1 類(lèi)型:是字符設(shè)備還是塊設(shè)備 主設(shè)備號(hào):主設(shè)備號(hào)相同的設(shè)備被同一設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序處理。從設(shè)備號(hào):用來(lái)指明具體的設(shè)備mknod()創(chuàng)建設(shè)備文件，它的參數(shù)是上面提到的四個(gè)屬性。

2、Linux安裝完成之后已經(jīng)在/dev目錄下生成了絕大多數(shù)可能要用到的設(shè)備文件10.4.2 10.4.2 相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)VFS與設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序接口：namefopsblkdevs（塊設(shè)備）driver操作表chrdevs（字符設(shè)備）driver操作表namefopsdentryFiles_operationsinodeInode_operationsfd_arrayfilefiles_structtask_struct一、一、字符設(shè)備管理字符設(shè)備管理字符設(shè)備管理的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：struct device_struct const char*name;struct file_opera

3、tions*fops;static struct device_struct chrdevsMAX_CHRDEV;全局?jǐn)?shù)組chrdevs記錄了所有字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的名稱(chēng)name及其對(duì)應(yīng)的設(shè)備操作函數(shù)接口fops。數(shù)組的下標(biāo)，則對(duì)應(yīng)于設(shè)備的主設(shè)備號(hào)。加載設(shè)備驅(qū)動(dòng)時(shí)，設(shè)備在系統(tǒng)中的注冊(cè)是通過(guò)函數(shù)register_chrdev(),其原型如下：int register_chrdev(unsigned int major,const char*name,struct file_operations*fops)；不 同 的 字 符 設(shè) 備 驅(qū) 動(dòng) 程 序 要 提 供 不 同 的file_operatio

4、ns實(shí)現(xiàn)。當(dāng)設(shè)備不再使用時(shí),可以通過(guò)unregister_chrdev()函數(shù)注銷(xiāo)。二、塊設(shè)備管理主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有blkdevs和blk_dev：static struct const char*name;struct block_device_operations*bdops;/*特定于設(shè) 備的操作集*/blkdevsMAX_BLKDEV;struct blk_dev_struct request_queue_t request_queue;/*請(qǐng)求隊(duì)列*/queue_proc*queue;void*data;struct blk_dev_struct blk_devMAX_BLKDEV;數(shù)組

5、的下標(biāo)對(duì)應(yīng)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的主設(shè)備號(hào),blkdevs 記錄設(shè)備文件名及相應(yīng)的操作集合,blk_dev 記錄各個(gè)設(shè)備的請(qǐng)求隊(duì)列。Request_fnBufferheadBufferheadBufferhead相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)blk_devblk_dev_structrequestrequest內(nèi)存外存三三 、buffer cachebuffer cache 塊設(shè)備的操作是以塊為基本單位,一般情 況塊的大小不會(huì)超過(guò)頁(yè)面的大小。buffer cache 是對(duì)物理磁盤(pán)塊的緩沖，一個(gè)buffer的大小等同于一個(gè)塊的大小 buffer cache目的目的：提高性能。每個(gè)buffer由buffer_head結(jié)構(gòu)描述

6、，內(nèi)核根據(jù)buffer_head的狀態(tài)信息操作bufferstruct buffer_head struct buffer_head*b_next;/*用來(lái)鏈接hash值相同 的buffer_head*/unsigned long b_blocknr;/*塊號(hào)*/unsigned short b_size;/*塊的大小*/kdev_t b_dev;kdev_t b_rdev;/*設(shè)備號(hào)*/struct buffer_head*b_this_page;/*同屬一個(gè)頁(yè)面的 buffer 鏈表*/struct buffer_head*b_reqnext;/*同一個(gè)操作請(qǐng)求 的buffer_head鏈

7、表*/struct buffer_head*b_pprev;/*用來(lái)鏈接hash值相 同的buffer_head*/char*b_data;/*buffer所在的位置*/struct page*b_page;/*buffer所屬的頁(yè)面*/wait_queue_head_t b_wait;/*進(jìn)程等待隊(duì)列*/struct inode*b_inode;/*該buffer所屬的inode結(jié)構(gòu)*/.;每個(gè)buffer由設(shè)備號(hào)和塊號(hào)唯一確定，并以?xún)烧邽閔ash關(guān)鍵字在buffer cache定位。通常塊的大小為1KB,而物理頁(yè)幀的大小為4KB，所以一個(gè)物理頁(yè)幀可以容納4個(gè)bufferpage cache

8、和buffer cache的區(qū)別（1）buffer cache用于讀取文件系統(tǒng)分區(qū)和文件的元數(shù)據(jù)。（2）page cache主要用來(lái)存放常規(guī)文件的數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)也并不一定在物理上連續(xù)。（3）page cache盡量不與buffer cache存放相同數(shù)據(jù)。四、四、設(shè)備請(qǐng)求隊(duì)列設(shè)備請(qǐng)求隊(duì)列每類(lèi)塊設(shè)備都維護(hù)一個(gè)請(qǐng)求隊(duì)列隊(duì)列的每一個(gè)成員稱(chēng)之為操作請(qǐng)求。struct request int cmd;/*操作行為：讀或?qū)?/struct buffer_head*bh;/*buffer_head鏈表*/struct buffer_head*bhtail;.;每個(gè)操作請(qǐng)求都維護(hù)著一個(gè)buffer_head鏈表。

9、每當(dāng)需要對(duì)一個(gè)塊進(jìn)行操作時(shí)要將相應(yīng)的buffer_head加入設(shè)備請(qǐng)求隊(duì)列，這個(gè)過(guò)程有兩個(gè)優(yōu)化措施：(1)能否合并。檢查已有的塊設(shè)備操作請(qǐng)求中的塊和現(xiàn)在操作的塊是否在物理上相鄰并且操作行為一致(2)如果不能合并的話則生成一個(gè)新的塊設(shè)備操作請(qǐng)求，并加入相應(yīng)設(shè)備請(qǐng)求隊(duì)列的合適位置,使磁頭的移動(dòng)路徑盡可能短。10.4.3 10.4.3 塊設(shè)備文件的塊設(shè)備文件的open()open()、readread（）操作（）操作 可以把塊設(shè)備整體看成一個(gè)文件來(lái)訪問(wèn)一、一、塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序組成塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序組成塊設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序分為兩部分:(1)與VFS的接口層。blkdevs (2)真正對(duì)設(shè)備(一般是磁盤(pán)控制器)操作

10、的部分,如 blk_devmajor.request_fn。二、二、openopen（）函數(shù)（）函數(shù)打開(kāi)一個(gè)設(shè)備文件與打開(kāi)一個(gè)普通文件不同的特殊處理（以原來(lái)的設(shè)備文件方式為例）在VFS處理open系統(tǒng)調(diào)用時(shí)，會(huì)調(diào)用對(duì)應(yīng)文件系統(tǒng)的super_operations中的read_inode方法將設(shè)備文件inode讀入內(nèi)存；當(dāng)?shù)弥窃O(shè)備文件時(shí)，會(huì)將file中的f_op域置為def_blk_fops/def_chr_fops表地址，其中有blkdev_open()/chrdev_open()操作；然后會(huì)調(diào)file中f_op域指向的操作表的open方法。以blkdev_open()為例:1.得到主設(shè)備號(hào);

11、2.filp-f_op=blkdevsmajorfops#用blkdevs 表中的對(duì)應(yīng)操作表地址重填file的f_op域；3.調(diào)filp-f_op-open().設(shè)備driver的open()函數(shù)主要工作：1.如果driver是動(dòng)態(tài)加載模塊，使用計(jì)數(shù)1；2.檢查設(shè)備是否存在；3.如有必要，初始化設(shè)備；4.初始化設(shè)備的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（如登記中斷服務(wù)程序等）。三、三、readread（）函數(shù)（）函數(shù)塊設(shè)備將調(diào)用block_read（）函數(shù)。(在 版 本 2.4中 block_write/read變 成 了generic_file_write/read,它 先 訪 問(wèn) page cache.)block_read()函數(shù)首先計(jì)算出要讀出的塊。對(duì)于要讀的每一塊,首先檢查buffer cache是否已經(jīng)存在，存在則返回。若不存在則申請(qǐng)一個(gè)buffer并將相應(yīng)的buffer_head加入對(duì)應(yīng)設(shè)備的請(qǐng)求隊(duì)列，然后進(jìn)程進(jìn)入buffer head的等待隊(duì)列睡眠。操作請(qǐng)求將在合適的時(shí)候被觸發(fā)，驅(qū)動(dòng)程序完成讀操作后將操作請(qǐng)求移出請(qǐng)求隊(duì)列，進(jìn)程被喚醒把buffer中的數(shù)據(jù)讀到自己的緩沖區(qū)。